JPH0785561B2 - 直列制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はプレス、工作機械、建設機械、船舶、航空機
等の各種機械の集中管理システムおよび無人搬送装置、
無人倉庫等の集中管理システムに採用して好適な直列制
御装置に関し、特にメインコントローラおよび複数のノ
ードを閉ループ状に直列接続し、各ノードにはそれぞれ
データを出力する１乃至複数のセンサ類とデータが入力
される１乃至複数のアクチュエータ類を接続するように
した直列制御装置に関する。

〔従来の技術〕

プレス、工作機械、建設機械、船舶、航空機、無人搬送
装置、無人倉庫等を集中管理する場合、装置各部の状態
を検出する多数のセンサおよび装置各部の状態を制御す
る多数のアクチュエータが必要となる。このセンサおよ
びアクチュエータの数は例えばプレスと考えた場合3000
以上にも及び、他の装置においては更に多数となるもの
もある。

従来、この種の装置を集中管理する集中管理システムと
して、複数のノードを直列に接続するとともに各ノード
に１乃至複数のセンサおよびアクチュエータを接続し、
これらノードをメインコントローラを介して環状に接続
し、このメインコントローラからの信号によって各ノー
ドを制御するようにした構成が考えられている。

このようにノードを直列に接続する構成をとる場合、各
センサの出力の同時性および各アクチュエータの制御の
同時性をいかにして確保するかが問題となる。例えば、
各ノードにアドレスを割当て、このアドレスにもとづき
各ノードを制御する構成を考えると、このアドレス処理
のための時間遅れが問題となり、各センサの出力の収集
および各アクチュエータの制御に関して満足すべき同時
性を確保することはできない。

そこで、発明者等は、ノードを直列に接続する構成をと
りながらも各ノードにアドレスを割当てるという発想を
捨て、各ノードをその接続の順番によって識別するよう
にし、これによってアドレス処理を不要にするとともに
アドレス処理に伴う時間遅れを解消し、更にはノードの
構成を大幅に簡略化できるようにした直列制御装置を提
案している。

この装置によれば、メインコントローラはセンサデータ
用の第１のスタートコードとアクチュエータデータ用の
第２のスタートコードと前記アクチュエータデータを含
むデータフレーム信号を送出する。一方、前記各ノード
では、当該ノードに接続されるセンサの検出データを前
段ノードから送られてきた前記データフレーム信号の前
記第１のスタートコードの後に付加し、当該ノードに接
続されるアクチュエータ用のデータを前段ノードから送
られてきたデータフレーム信号の前記第２のスタートコ
ードの後から抜き取るようしている。このような処理が
各ノードで実行されることにより、メインコントローラ
から送出されたデータフレーム信号は各ノードでデータ
が挿入および削除された後メインコントローラに戻され
る。

かかる構成によれば、各ノードにはアドレスは全く不要
となり、また、アドレス処理が不要となるため各ノード
における時間遅れは非常に小さいものとなり、またノー
ドの構成も非常に簡単なものとなる。

ところで上記構成において、従来、前記データフレーム
信号の送出周期（あるデータフレーム信号の送出開始時
刻から次のデータフレーム信号の送出開始時刻までの時
間、以下サンプリングタイムという）は、システムの規
模すなわちシステム内のセンサの数およびアクチュエー
タの数に関係なく、どのシステムでも常に一定としてい
た。そして、この一定であるサンプリングタイムは、通
常、センサの数およびアクチュエータの数の最も多いシ
ステムに合わせて入力設定されるようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来装置においては、サンプリングタイム
は最もセンサの数およびアクチュエータの数の多いシス
テムに合わせて一定値に設定されていたので、センサ数
およびアクチュエータ数の、少ないシステムになればな
るほど、データフレーム信号と次のデータフレーム信号
との間に存在するインターバル時間が長くなり、データ
の伝送効率が下がってリアルタイム制御性を損なうとい
う問題がある。また、従来装置においては、データフレ
ーム信号中の出力データ長DOはシステムの規模に関係な
く、最もアクチュエータの多いシステムに合わせて設定
するようにしていたので、アクチュエータの少ないシス
テムでは、データの伝送効率が下がってリアルタイム制
御性を損なうという問題があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、シ
ステムの規模に関係なく常に伝送効率の良いデータ伝送
をなし得る直列制御装置を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、１乃至複数のセンサ及び１乃至複数のア
クチュエータを接続したノードを直列接続し、該複数の
ノードをメインコントローラを含んで閉ループ状に接続
するとともに、前記メインコントローラは第１の特殊コ
ードと第２の特殊コードと前記アクチュエータへの出力
データを含むデータフレーム信号を送出し、前記各ノー
ドは当該ノードに接続されるセンサからのデータを前記
第１の特殊コードの後に付加し、当該ノードに接続され
るアクチュエータへの出力データを前記第２の特殊コー
ドの後から抜き取るようにした直列制御装置において、 前記データフレーム信号の送出に先立って、前記第１の
特殊コードと第２の特殊コードとアクチュエータ数検出
用のデータを含む初期フレーム信号を送出する送出手段
と、前記複数のノードを経て入力された前記初期フレー
ム信号に基づき前記センサの全ビット数および前記アク
チュエータの全ビット数を検出する端末ビット数検出手
段と、この端末ビット数検出手段の検出値に応じて前記
データフレーム信号の送出間隔を可変制御する制御手段
と、を前記メインコントローラに具えるようにする。

〔作用〕

メインコントローラは、データフレーム信号の送出に先
立って、第１の特殊コード、第２の特殊コード、および
アクチュエータ数検出用の信号を含む初期フレーム信号
を出力する。

各ノードはこの初期フレーム信号を受信すると、第１の
特殊コードと第２の特殊コードの間に当該ノードに接続
されたセンサのデータ信号を付加するとともに、第２の
特殊コードの後から当該ノードに接続されたアクチュエ
ータへのデータ信号を抜き取る。

このようにして全てのノードを通過した初期フレーム信
号をメインコントローラは受信し、第１の特殊コードの
後の信号のデータ数から全センサ数を検出する。また、
第２の特殊コードの後の信号のデータ数から全アクチュ
エータ数を検出する。

そして、メインコントローラでは、検出したセンサ数お
よびアクチュエータ数に応じて前記データフレーム信号
の送出間隔を可変制御するようにする。すなわち、セン
サ数およびアクチュエータ数が小さい場合は前記送出間
隔を短くし、センサ数およびアクチュエータ数が大きい
場合は送出間隔を長くする。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照してこの発明の一実施例を詳細に
説明する。

第２図はこの発明が適用される直列制御装置の全体構成
を示したものである。この直列制御装置は例えばプレス
の集中制御システムに適用されるものである。この直列
制御装置において、メインコントローラ100は例えば図
示しないプレスのコントローラ部に配設されプレス各部
を統轄管理するものである。センサ群１−1,1−2,…１
−Ｎはプレスの各部に配設され、プレスの各部の状態を
検出するものである。アクチュエータ群２−1,2−2,…
２−Ｎはプレスの各部に配設され、プレスの各部を駆動
するものである。この構成において、センサ群１−１と
アクチュエータ群２−１はノード10−１に接続され、セ
ンサ群１−２とアクチュエータ群２−２はノード10−２
に接続され、センサ群１−３とアクチュエータ群２−３
はノード10−３に接続され、以下同様にセンサ群１−4,
1−5,…１−Ｎおよびアクチュエータ群２−4,2−5,…２
−Ｎはノード10−4,10−5,…10−Ｎにそれぞれ接続され
る。

これらノード10−１〜10−Ｎおよびメインコントローラ
100はループ状に直列接続されている。

このシステムにおいて、センサ群１−1,1−2,…１−Ｎ
の各センサから出力されたプレス各部の状態を示す信号
は各ノード10−1,10−2,…10−Ｎを介してメインコント
ローラ100に送出され、メインコントローラ100において
収集処理される。

アクチュエータ群２−1,2−2,…２−Ｎの各アクチュエ
ータに対する信号はメインコントローラ100において生
成され、各ノード10−1,10−2,…10−Ｎを介して各アク
チュエータ群２−1,2−2,…２−Ｎに送出され、これに
より各アクチュエータ群２−1,2−２…２−Ｎの各アク
チュエータが制御される。

第３図は、ノードの数Ｎを５とした場合の当該システム
で用いられるデータ信号のフレーム構成を示すもので、
このデータフレーム信号はメインコントローラ100から
送出され、ノード10−１、10−２、……10−Ｎを経由し
た後、メインコントローラ100に戻される。なお、同第
３図（ａ）はメインコントローラ100から出力された直
後のデータフレーム信号を、同図（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）はノード10−１、10−２、10−３、10−
４から出力されるデータフレーム信号を、同図（ｆ）は
ノード10−５から出力される信号（Ｎ＝５の場合はメイ
ンコントローラ100へ帰還入力される信号）をそれぞれ
示している。

第３図のフレーム構成における各信号の内容を以下に示
す。

STI;入力データ（センサデータ）DIの先頭位置を示す第
１のスタートコード DI;入力データ（センサデータ DIq;第ｑ番目のノードに接続されたセンサからの入力デ
ータ STO;出力データ（アクチュエータ駆動データ）の先頭位
置を示す第２のスタートコード DO;出力データ（アクチュエータ駆動データ） DOq;第ｑ番目のノードに接続されたアクチュエータへの
出力データ SP;データ列の終端位置を示すストップコード CRC;各ノードでのCRCエラーチェックのためのコード
（エラー内容を示すエラ） ERR;エラー内容およびエラー位置を示すコード 第２図に示した各ノード10−１〜10−Ｎでは、第３図
（ｂ）〜（ｆ）に示すように、スタートコードSTIとス
タートコードSTOの間に当該ノードに接続されたセンサ
１の検出データDIqを付加するとともに、スタートコー
ドSTOの後から当該ノードに接続されたアクチュエータ
２への出力データDOqを抜き取るよう動作する。

したがって、このシステムでは、メインコントローラ10
0からノード10−１に対して第３図（ａ）に示すような
アクチュエータ制御データDOを含むデータフレーム信号
を送出すれば、このデータフレーム信号がノード10−１
→ノード10−２→ノード10−３→ノード10−４→10−５
へと順次伝播されることにより上記データフレーム信号
中のアクチュエータ制御データDOを該当するノードへ割
り振るとともに、各ノードで得たセンサ群の検出データ
を同データフレーム信号中へ取り込むようにしている。
この結果、上記データフレーム信号がメインコントロー
ラ100へ帰還されたときには、第３図（ｆ）に示すよう
に、アクチュエータ制御データDOは全てなくなり、セン
サ群の検出データが同フレーム信号中に含まれることに
なる。かかる動作を行うノード10−１〜10−Ｎの構成
は、本案の要部ではないので、その説明は省略する。

第１図はメインコントローラ100の概略的な内部構成を
示すものである。

第１図において、ノーマル送受信回路20は各ノードに接
続されたセンサ群１−1,1−2,…１−Ｎおよびアクチュ
エータ群２−1,2−2,…２−Ｎの制御等の通常の動作を
実行するものである。すなわち、ノーマル送受信回路20
は各ノードに接続されたアクチュエータ群２−1,2−2,
…２−Ｎをそれぞれ制御するデータDOを含む前記データ
フレーム信号（第３図（ａ）参照）を発生し、このデー
タフレーム信号をスイッチSW1の接点Ｂ−Ａを介して各
ノード10−1,10−2,…10−Ｎに順次送出する。なお、ノ
ーマル送受信回路20の詳細もこの発明の要旨ではないの
で、これ以上の説明は省略する。

電源オン検出回路30は電源オンによるシステムの立上げ
を検出し、該検出により初期フレーム生成回路40を動作
させるとともに、スイッチSW1の接点をＡ−Ｃ側に切り
替える。

初期フレーム生成回路40は、電源オン検出回路30から検
出信号が入力されると、第４図に示すような、初期フレ
ーム信号を発生し、これをスイッチSW1の接点Ａ−Ｃを
介して送出する。この初期フレーム信号は、第３図に示
したデータフレーム信号同様、第１のスタートコードST
I、第２のスタートコードSTO、出力点数検出データD
O′、ストップコードSP、CRCコード、ERRコードから成
っている。ただし、出力点数検出データDO′は、各ノー
ドでアクチュエータが動作しないようにｍビットの
「０」データから成っている。ここでｍはこのシステム
で用いられる全アクチュエータの数よりも充分多いビッ
ト数に設定されている。またエラーコードERRは、各ノ
ードでエラーを検出した場合、そのノードで所定のエラ
ーコードを出力させるために設けたものであり、メイン
コントローラ100からは全て“0"レベルのエラーコードE
RRが発生される。

この初期フレーム信号は、先に説明したデータフレーム
信号同様、ノード10−１→ノード10−２→ノード10−３
→ノード10−４→10−５へと順次伝播されることにより
初期フレーム信号中の出力点数検出データDO′を該当す
るノードへ割り振るとともに、各データで得たセンサ群
の検出データを同初期フレーム信号中へ取り込むように
している。すなわち、各ノード10−1,10−2,…10−Ｎに
おいては、入力された初期フレーム信号の第１のスター
トコードSTIのあとに当該ノードに接続されるセンサ群
１−1,1−2,…１−ＮのノードDIが付加され、第２のス
タートコードSTOのあとに続くデータDOから当該ノード
に接続されるアクチュエータ群２−1,2−2,…２−Ｎに
対するデータが抜き取られる。

そして、ノード10−1,10−2,…10−（Ｎ−１）を経て、
ノード10−Ｎから出力される初期フレーム信号は、第５
図に示すような状態となってメインコントローラ100の
入力回路50に入力される 入力回路50は、入力された初期フレーム信号に対して所
定の復調処理を加えた後、該信号をSW2に入力する。

ここで、初期フレーム信号がメインコントローラ100の
受信側に入力されたときには、スイッチSW2は状態（Ａ
−Ｃ）側に切替っており、入力された初期フレーム信号
は入力点数検出部60および出力点数検出部70へ入力され
る。

入力点数検出部60は入力された初期フレーム信号中の第
１のスタートコードに続くデータDIのビット数LIをカウ
ントし、このカウント結果LIをサンプリングタイム生成
回路80に入力する。このカウント値LIはノード10−１〜
10−Ｎに接続された全てのセンサ数を表している。

出力点数検出部60は入力された初期フレーム信号中の第
２のスタートコードSTOに続くデータDOのビット数ｌを
計数し、この計数値ｌを第４図に示した初期フレーム送
出時の出力点数検出データDO′のビット数ｍから減算
し、この減算結果LO（＝ｍ−ｌ）をノーマル送受信回路
20およびサンプリングタイム生成回路80に入力する。こ
のカウント値LOはノード10−１〜10−Ｎに接続された全
てのアクチュエータ数を表している。

ノーマル送受信回路20は入力された出力点数LOから第３
図に示した通常データフレーム信号中のアクチュエータ
駆動データDOの長さを認知する。

サンプリングタイム生成回路80では、入力された入力点
数LIに基ずきノーマル送受信回路20から出力される通常
データフレーム信号の送出周期Ｔ（サンプリングタイ
ム）を決定し（第６図参照）、該決定したサンプリング
タイムＴでデータフレーム信号の送出が行われるように
ノーマル送受信回路20でのデータ送出を制御する。すな
わち、サンプリングタイム生成回路80には、入力された
入力点数LIの値が小さくなればなるほど、データフレー
ム信号と次のデータフレーム信号との間のインターバル
時間ｔを短くする所定の関係式が予め設定されており、
サンプリングタイム生成回路80は入力された入力点数LI
に対応するインターバル時間ｔを取り出す。さらに、サ
ンプリングタイム生成回路80には出力点数LOも入力され
ており、入力された出力点数LOから送出すべきデータフ
レーム信号の信号長Ｌを決定し、該信号長Ｌに前記求め
たインターバル時間ｔを加え、ｔ＋Ｌをサンプリング周
期Ｔとして決定する。

そして、サンプリングタイム生成回路80は、ノーマル送
受信回路20によるデータフレーム信号の送出の際、上記
求めたサンプリング周期Ｔに同期したクロック信号Csを
ノーマル送受信回路20に入力することで、ノーマル送受
信回路20からデータフレーム信号を上記求めたサンプリ
ング周期Ｔで送出させるようにする。勿論、ノーマル送
受信回路20によるデータフレーム信号の送出時には、ス
イッチSW1およびSW2の接点は、状態（Ａ−Ｂ）側に切り
替わっている。

このようにこの実施例によれば、システム内のセンサの
全ビット数に応じてデータフレーム信号の送出周期を可
変するようにしたので、入出力点数の少ないシステムの
場合も効率良いデータ伝送を成し得るようになると共
に、データフレーム信号長を自動的に決定することがで
きる。

なお、上記実施例は適宜の変更を加え得るものであり、
例えば、入出力点数の検出の際、複数回の検出結果が一
致したときにのみ、その検出データを正しいデータとし
て取り込むようにしてもよい。

また、上記実施例においては、インターバル時間ｔを入
力点数LIによって決定するようにしたが、インターバル
時間ｔを出力点数LOによって、あるいは入力点数LIおよ
び出力点数LOによって検定するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、装置内の端末数
に応じてデータフレーム信号の送出周期を可変するよう
にしたので、端末数が少なくなればなるほど伝送効率が
低下することがなくなり、小さなシステムでもリアルタ
イム制御が可能になった。またこの発明では、データフ
レーム信号中の出力データのデータ長は初期フレーム信
号を用いて検出した実際のアクチュエータの全ビット数
に応じて決定されるので、伝送効率が低下することもな
くなり、小さなシステムでもリアルタイム制御が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
この発明の直列制御装置の全体構成を示すブロック図、
第３図はデータフレーム信号の伝播態様を示す図、第４
図および第５図は初期フレーム信号を示す図、第６図は
サンプリング周期の説明図である。 １……センサ群、２……アクチュエータ群 10……ノード、20……ノーマル送受信回路 40……初期フレーム生成回路、80……サンプリングタイ
ム生成回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１乃至複数のセンサ及び１乃至複数のアク
   チュエータを接続したノードを直列接続し、該複数のノ
   ードをメインコントローラを含んで閉ループ状に接続す
   るとともに、前記メインコントローラは第１の特殊コー
   ドと第２の特殊コードと前記アクチュエータへの出力デ
   ータを含むデータフレーム信号を送出し、前記各ノード
   は当該ノードに接続されるセンサからのデータを前記第
   １の特殊コードの後に付加し、当該ノードに接続される
   アクチュエータへの出力データを前記第２の特殊コード
   の後から抜き取るようにした直列制御装置において、 前記メインコントローラは、 前記データフレーム信号の送出に先立って、前記第１の
   特殊コードと第２の特殊コードとアクチュエータ数検出
   用のデータを含む初期フレーム信号を送出する送出手段
   と、 前記複数のノードを経て入力された前記初期フレーム信
   号に基づき前記センサの全ビット数および前記アクチュ
   エータの全ビット数を検出する端末ビット数検出手段
   と、 この端末ビット数検出手段の検出値に応じて前記データ
   フレーム信号の送出間隔を可変制御する制御手段と、 を具える直列制御装置。
2. 【請求項２】１乃至複数のセンサ及び１乃至複数のアク
   チュエータを接続したノードを直列接続し、該複数のノ
   ードをメインコントローラを含んで閉ループ状に接続す
   るとともに、前記メインコントローラは第１の特殊コー
   ドと第２の特殊コードと前記アクチュエータへの出力デ
   ータを含むデータフレーム信号を送出し、前記各ノード
   は当該ノードに接続されるセンサからのデータを前記第
   １の特殊コードの後に付加し、当該ノードに接続される
   アクチュエータへの出力データを前記第２の特殊コード
   の後から抜き取るようにした直列制御装置において、 前記メインコントローラは、 前記データフレーム信号の送出に先立って、前記第１の
   特殊コードと第２の特殊コードとアクチュエータ数検出
   用のデータを含む初期フレーム信号を送出する送出手段
   と、 前記複数のノードを経て入力された前記初期フレーム信
   号に基づき前記センサの全ビット数および前記アクチュ
   エータの全ビット数を検出する端末ビット数検出手段
   と、 この端末ビット数検出手段によって検出されたアクチュ
   エータの全ビット数に基づき前記データフレーム信号中
   のアクチュエータへの出力データのデータ長を決定する
   手段と、 を具える直列制御装置。